高速电主轴的热耦动力学特性分析

发布时间：2020-07-10 15:18

【摘要】：高速运转下,机床电主轴的动态特性成为决定加工质量和加工精度的重要因素。而电主轴高速下的升温将严重影响电主轴的动态特性,也是制约电主轴转速进一步提高的关键因素,所以建立不同转速下升温对电主轴稳定性的规律模型,对主轴单元热-结构耦合分析具有重要意义。本次研究以高速数控铣床电主轴为研究对象,采用理论计算与数值仿真相结合的方法,通过计算电主轴的产热及传热机制,对电主轴模型进行热稳态分析,得到不同转速下电主轴的温度分布云图。所求得的稳态分析结果作为一种载荷,与结构场中的切削力等载荷共同施加到ANSYS结构场的分析模型中,从而计算出电主轴模型在热-结合场耦合作用下的热位移。得出的热位移结果用于修正ANSYS数值仿真模型中的初始条件,通过轴承的变形与载荷关系,得到不同转速下考虑热效应的轴承刚度的变化规律。建立电主轴的ADAMS模型,完成运动学仿真,通过对比验证分析了不计热因素的振动与实际升温后的动态特性的差异及其原因。最后通过改变主轴转速,并利用不同转速下得到的刚度变化规律,得出了在不同工况下热效应对电主轴动态特性的影响规律,也为电主轴进一步提高转速、优化结构设计与动态特性、提高机床加工性能供参考数据。
【学位授予单位】：太原科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG547
【图文】：

研究技术路线

第二章 电主轴的热载荷分析及传热机理第二章 电主轴的热载荷分析及传热机理床电主轴的基本结构与工作原理床电主轴的基本结构次研究以立式数控铣床中的电主轴单元为研究对象，立式数控铣床的机、床身等支撑部件，主轴等传动系统，刀具等进给系统，工件加工过程系统，冷却系统以及排屑系统等[30]。其简化的组成示意如图 2.1 所示。究的关键部件——电主轴单元的结构示意图如图 2.2 所示，该电主轴将热压在主轴上，转子与电主轴单元的外壳所固定，从而实现电机与主轴

主轴; 2.后轴承; 3.电机定子; 4.外壳; 5.冷却套筒; 6.前轴承; 7.电机转图 2.2 电主轴单元的结构示意图Fig.2.2 Schematic diagram of motorized spindle相关参数如下表 2.1 所示。表 2.1 电机相关参数Tab.2.1 related parameters of motor额定功率Pn/kW电机类型额定转矩Mn/N·m额定转速Nn/r·min-1最高转Nmax/r·m7.5交流感应电机（星接）8.8 6000 24000关键部件由以下几部分组成：轴主轴结构中重要的回转体之一，轴承与之配合提供支撑和定要保证长时间持续高速旋转。因此机床的主轴需要具有较高

【参考文献】

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本文编号：2749091